探索真空循环水系统水消耗及改造

探索真空循环水系统水消耗及改造

摘要：基于“以精益思想为引导，在消除浪费、持续改善上，深挖潜、下真功”的企业经营理念，将精益生产的理念运用到各个环节，以降低综合能耗为目标，深

入挖掘节能潜力。

关键词：降低;真空泵;循环水系统;水消耗

水环真空泵节能的根本方法是优化水环真空泵的结构，提高制造精度;但在短时间内，迅速提高国产水环真空泵的设计、制造水平是很难的。造成水环真空泵能耗大、效率低的另一个非常重要的原因是对水环真空泵缺乏精心操作，严重影响了

水环真空泵的节能效果;同时转速、水量等工作参数不能随泵吸气压力的变化及时进行调节，也会对水环真空泵的节能效果产生很大的影响。

1水环真空泵的工作原理及优缺点

水环真空泵是变容式抽真空设备，靠改变泵腔容积的来实现吸气、压缩和排

气的，从需达到抽出气体效果。泵体中充有适量的水作为工作液。当叶轮在泵体

中旋转时，由于离心力的作用，水被叶轮抛向四周，并形成了一个取决于泵腔形

状且近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环

的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。

此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数

目相等的若干个小腔。如果以叶轮的正上部为起点，那么叶轮在旋转至正下部前，小腔的容积由小变大，且因与端面上的吸气口相通，此时气体就被吸入，当吸气

终了时小腔则与吸气口隔绝。当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，气体被压缩;当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。水环真空泵优点如下：（1）结构紧凑，系统简单，制造精度要求不高，易加工。（2）真空泵的转速高，可与电动

机直联，中间需设置减速装置。结构尺寸小，占地面积也小。（3）以电力作驱

动能源，因此由水环真空泵组成的抽真空系统，系统组成简单，吸气均匀，工作

平稳可靠，操作简易，维修方便。（4）水环真空泵，尤其是双级锥体泵效率较高。水环真空泵也有其缺点，水环真空泵受制于冷却水的温度，当冷却水的温度

高于30℃，真空泵的效率会急速下降，因此当水环真空泵的冷却水温度高于30℃，应另外考虑低温冷却水源。

2真空循环水系统水消耗方面的技术难点

2.1水力损失功率无法计算

根据水环真空泵的现场使用经验，水环真空泵压缩气体的功率只占轴功率的30%-45%左右，这部分功率为有用功率。换言之，还有55%-70%左右的功率为无

用功率，这包括容积损失功率、水力损失功率以及机械损失功率等。现如今，对

水环真空泵功率损失类型的研究已比较全面，但是缺乏对具体功率损失的分析和

计算，尤其是水环真空泵水力损失功率尚没有一个明确的公式可以计算，只能依

据水环真空泵的使用经验进行估算，这对提高水环真空泵的工作效率、降低能耗

以及分析水环真空泵的功率特性都是十分不利的。

2.2最佳补充水流量难以确定

以往对水环真空泵补充水流量的研究基本都是单纯的分析其对吸气量、轴功

率等有哪些影响，得到的基本都是补充水流量越大，轴功率就越大，减小补充水

流量可以降低能耗等笼统的结论，对节水的研究也都是以水的循环使用为主。水

环真空泵在不同吸气压力下所需的最佳补充水流量仍没有一个量化的数据，现场

对补充水流量的调节也都是依据固定的使用说明书。这也是为什么对水环真空泵

节水降耗等方面的研究已经很多，但实际应用效果却不高的原因之一。综上所述，加强对水环真空泵水力损失功率以及最佳补充水流量的研究，对水环真空泵理论

的发展与技术的进步都有十分重要的作用。

3真空循环水系统水消耗改造

3.1预抽真空

为便于对水环真空泵的工作参数进行调节，先使泵在初始设定参数下运行一

段时间，以确定泵的运行状态是否良好，同时使吸气压力达到设定值以下。控制

流程：预先设定转速、吸气压力、水量控制阀的开度和时间等参数，然后使泵在

额定转速下启动并控制水量阀开至额定最大值，持续运行一段时间直至泵入口处

的吸气压力小于初始设定压力，整个预抽真空过程结束。经过预抽真空后，此时

泵的转速为额定转速，补充水流量控制阀的开度最大，泵入口处的吸气压力小于

初始设定压力。下一步进入转速调节模块对泵的工作转速进行调节。

3.2转速调节

分析水环真空泵水力损失功率的计算公式可得，转速大小对泵的功耗有直接

影响。转速越大，泵的功耗就越大。因此，为了得到水环真空泵在当前吸气压力

下的最佳工作转速，在预抽真空过程结束后，需要对水环真空泵的转速进行调节。为了使转速值更加精确，每一次转速调节后都增加调节的精度，再进行下一次的

调节，直至调节的精度满足要求。这样调节后的转速即为当前吸气压力下泵的最

佳工作转速。为了更好地理解水环真空泵转速调节模块的调节过程，将转速调节

模块分为两部分：吸气压力小于初始设定压力的调节（降低转速）和吸气压力大

于初始设定压力的调节（升高转速）。

（1）吸气压力小于初始设定压力的调节

控制流程：预抽真空过程结束后，此时泵的吸气压力小于初始设定压力。先

设定一个转速调节的精度，而后使泵的工作转速按当前调节精度降低，运行一段

时间后监测吸气压力的变化，若吸气压力继续减小，则再按当前调节精度降低转速，直至吸气压力不再减小，而后停止降低转速，让泵运行一段时间，此时吸气

压力会逐渐增大，当吸气压力大于初始设定压力时，判断此时转速调节的精度是

否满足要求，若是则整个转速调节过程结束;若否则提高转速调节的精度，而后升高转速继续调节。经过降低转速的调节后，此时水环真空泵的转速小于最佳值。

而后提高转速调节的精度，对泵的转速作进一步的调节。

（2）吸气压力大于初始设定压力的调节

控制流程：经过转速降低的调节过程后，此时泵的吸气压力大于初始设定压力，转速调节的精度提高。而后使泵的工作转速按当前调节精度升高，运行一段

时间后监测吸气压力的变化，若吸气压力继续增大，则再按当前调节精度升高转速，直至吸气压力不再增大，而后停止升高转速，让泵运行一段时间，此时吸气

压力会逐渐减小，当吸气压力小于初始设定压力时，判断此时转速调节的精度是

否满足要求，若是则整个转速调节过程结束;若否则提高转速调节的精度，而后降低转速继续调节。经过升高转速的调节后，此时水环真空泵的转速大于最佳值。

而后提高转速调节的精度，再对泵的转速作进一步的调节。

3.3补充水流量调节

分析水环真空泵水力损失功率的计算公式以及水环真空泵的工作特性试验可得，补充水流量的大小对泵的效率和功耗也有直接的影响。补充水流量越大，泵

的功耗越大。因此，为了得到当前吸气压力和转速下的最佳补充水流量，在转速

调节过程结束后，需要对水环真空泵的补充水流量进行调节。为了使补充水流量